## Karakteristik Mekanik Panel Honeycomb Sandwich
Berbahan Komposit Fibreglass dengan Dimensi Cell-Pitch 40mm dan Cell-Height 30mm
Marsono, Ali, Nico Luwis
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, ITENAS, Bandung Email: marsono@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Rekayasa  struktur  honeycomb  sandwich  dalam  pengembangan  material  banyak  telah  dimanfaatkan karena  memiliki    kekuatan  struktur  yang  relatif    tinggi  dengan  bobot  material  yang  ringan.  Material dengan rekayasa struktur  honeycomb cocok digunakan  pada mobil hemat energi, untuk  meningkatkan efesiensi energi. Dalam penelitian ini dibuat panel honeycomb sandwich berbahan komposit serat kaca (fibreglass) dan matirks resin. Panel ini nantinya akan diterapkan pada rangka kendaraan hemat energi. Tiga panel honeycomb sandwich dibuat dengan variasi pada ketebalan dinding sel terutama ditujukan untuk  mengetahui  pengaruh  ketebalan dinding  sel  terhadap  kekuatan  dan kekakuan panel  honeycomb sandwich.  Variasi  ketebalan  dinding  sel  didapatkan  dari  variasi  penerapan  jumlah  lapisan  fibreglass pada  dinding  sel  honeycomb,  yaitu  2  lapis,  4  lapis  dan    6  lapis  fibreglass.  Hasil  pengujian  bending menunjukkan bahwa panel honeycomb sandwich dengan ketebalan dinding sel terbesar, yaitu dengan 6 lapisan  fibreglass,  memberikan  kekuatan  lentur  terbesar  yaitu  3,774  kg/mm 2 ,  dan  kekakuan  tertinggi, yaitu 21,48 kg/mm.
Kata kunci : honeycomb sandwich, komposit fibreglass, kekuatan lentur, kekakuan.

## ABSTRACT
Engineering  of  honeycomb  sandwich  structure  in  the  materials  development  has  been  highly  utilized because  of  its  high  structural  strength  with  lightweight  material.  Honeycomb  structure  material  is suitable  for  use  in  energy-efficient  cars,  to  increase  energy  efficiency.  In  this  research,  sandwich honeycomb panel were made from fibreglass composite with resin as matrices. This panel will be applied to the frame of energy-efficient vehicle. Three sandwich honeycomb panels were made with variations in cell wall thickness. These variations are primarily intended to determine the effect of cell wall thickness to the flexural strength and stiffness of the honeycomb sandwich panel. Variations in cell wall thickness were obtained from variations in the application of fibreglass layers on honeycomb cell walls, which are 2 layers, 4 layers and 6 layers of fibreglass. The bending test results show that the honeycomb sandwich panel with the largest cell wall thickness, which has 6 layers of fibreglass, provides the greatest flexural strength of 3.774 kg/mm 2 , and the highest stiffness of 21.48 kg/mm.
Keywords : honeycomb sandwich,fibreglass composite , flexurall strength, stiffness.

## 1. PENDAHULUAN
Chassis  atau  rangka  merupakan  bagian  dari  mobil  yang  berfungsi  menahan  atau  memikul  beban kendaraan [1]. Konstruksi  rangka chasis itu sendiri harus memiliki kekuatan, ringan dan mempunyai nilai kelenturan [2]. Sistem chasis monocoque dan stressed skin memiliki pendekatan struktural dengan pembebanan pada kulit luar. Teknologi yang dikembangkan mulai  tahun 1962 itu membawa revolusi dalam  pengmbangan  chasis  mobil  balap formula.  Banyak  tim  yang  dengan  cepat  mengadopsi  chasis model  ini  yang  kemudian  dikombinasikan  dengan sandwich honeycomb aluminium.  Penggunaan komposist serat karbon juga ikut membantu perkembanan chasis monocoque ini [3]
Pengembangan mobil listrik di Indonesia sangat terbuka lebar, yang mana mobil listrik ini dapat menjadi solusi  untuk  masalah  pencemaran  lingkungan  akibat  emisi  karbondioksida  dan  emisi  sulfur-dioksida akibat  dari  pembakaran  bahan  bakar  fosil  pada  kendaraan  bermotor.  Meningkatnya  penggunaan kendaraan bermotor juga akan mempercepat penipisan cadangan bahan bakar fosil dan mempercepat terjadinya krisis energi.  Salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil untuk transportasi dan menggantikannya dengan energi listrik.  Mobil listrik akan  menjadi salah satu solusi dalam memperlambat terjadinya krisis energy [1].
Dalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan dan pengujian karakteristik mekanik pada panel struktur hexagonal honeycomb sandwich yang  nantinya  akan  diaplikasikan  untuk  chasis  mobil  listrik,  tipe monocoque, karena mobil listrik membutuhkan body maupun chasis yang ringan dan kuat. Bahan yang dipilih untuk chasis mobil lisrik ini  adalah material komposit, yaitu perpaduan serat fibreglass dan resin.
Untuk mengetahui karakteristik mekanik dari panel hexagonal struktur honeycomb sandwich ini, akan dilakukan uji bending yang diterapkan untuk beberapa variasi ketebalan dinding sel-struktur honeycomb melalui variasi jumlah lapisan serat fibreglass , yaitu 2 lapir, 4 lapis dan 6 lapis fibreglass

## 2. METODOLOGI
2.1. Honeycomb sandwich
Panel Honeycomb Sandwich merupakan salah satu yang paling berharga dalam inovasi pengembangan Teknik Struktur untuk indsutri komposit (material komposit). Panel honeycomb Sandwich digunakan untuk rancangan dan konstruksi sistem transportasi ringan sebagaimanan yang digunakan pada satelit, pesawat  terbang,  dan  kereta  cepat.  Pengurangan  berat  struktural  menjadi  pertimbangan  utama  dalam penggunaaan  konstruksi sandwich ini.  Konstruksi  panel sandwich menjadi  pilihan  yang  lebih  baik daripaka  metoda  peningkatan  kekuatan  dengan  menambah  ketebalan  material.  Konstruksi sandwich memberikan  efisiensi  struktural  yang  sangat  baik,  yaitu,  dengan  rasio  kekuatan  terhadap  berat  yang tinggi. Keunggulan lain yang ditawarkan oleh konstruksi sandwich adalah menghilangkan pengelasan, kualitas insulasi superior dan fleksibilitas desain [4]
Konstruksi panel struktur sandwich terdiri dari dua lapisan kulit tipis yang dipisahkan oleh material inti (core). Beberapa jenis bentuk inti telah banyak diterapkan pada konstruksi struktur sandwich . Salah satu bentuk inti yang paling populer adalah bentuk sarang lebah ( honeycomb ) yang dibentuk dari lembaran yang sangat tipis dalam bentuk sel-sel heksagonal yang tegak lurus terhadap lapisan kulit [4]

## 2.2. Rancangan Panel Struktur Honeycomb Sandwich
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik mekanik honeycomb sandwich , terutama  keluatan  lentur  dan  kekakuannya.  Struktur honeycomb sandwich yang  akan  diuji  dalam
Karakteristik Fisik dan Mekanik Panel Honeycomb Sandwich Komposit Fiberglass dengan dimensi cell-pitch 40mm
penelitian ini akan dibuat dari bahan komposit fibreglass . Material komposit fibreglass menjadi pilihan yang cukup baik karena bobotnya yang ringan dan teknik pembuatanya yang relatif lebih mudah, juga karena harga yang murah dan sangat mudah didapatkan.
Spesifikasi  dari  struktur honeycomb yang  akan  dibuat  dan  diuji  dalam  penelitian  ini  memiliki  detail ukuran cell-pitch 40mm dan cell-size 36,64mm  seperti Gambar 1.
Gambar 1.  Dimensi cell-pitch dan cell-size
Adapun  ukuran  panel  struktur honeycomb yang  akan  diuji  memiliki  panjang  ( length )  500mm  lebar ( width )  ±200mm  dan  tebal/tinggi  ( cell-height )  30mm,  mengacu  pada  nomenklatur  penel honeycomb yang telihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Nomenklatur Panel Honeycomb Sandwich
Pengujian panel honeycomb akan dilakukan untuk beberapa specimen dengan variasi ketebalan dinding cell. Variasi ketebalan dinding cell diperoleh dengan penggunaan jumlah lapisan serat fibreglass yang berbeda, yaitu 2 lapis, 4 lapis dan 6 lapis fibreglass .

## 2.3. Pembuatan Specimen panel Struktur Honeycomb
Panel struktur honeycomb sandwich dibuat dengan cara menyusun lembaran bergelombang (corrugated sheet) lapis demi lapis. Lembaran-lembaran bergelombang yang disusun bertumpuk akan membentuk
40,00mm 36,64mm
sel segieman (heksagonal). Lembaran bergelombang ini dibuat dengan menggunakan cetakan berbahan hard-nylon  agar  resin  perkat  tidak  menempel  pada  cetakan  dan  lembaran  bergelombang  dapat dikeluarkan  dari  cetakan  dengan  mudah.    Dan    selanjutnya,    lembaran-lembaran  bergelombang  akan disusun seperti yang terlihat pada Gambar 3 hingga membentuk panel struktur honeycomb .
Gambar 3   Penyusunan lembaran bergelombang hingga membentuk struktur honeycomb Gambar 4.   Panel honeycomb sandwich yang telah jadi
Susuan lembaran bergelombang yang telah jadi selanjutnya ditutup dengan faceskin yang terbuat dari 2 lapis fibreglass dan  resin  di  kedua  sisi  hingga  didapatkan  bentuk  akhir  panel  struktur honeycomb sandwich seperti yang terlihat pada Gambar 4.
Penggunaan  jumlah  lapisan  serat  ( fibreglass )  yang  berbeda  pada  saat  pembuatan  lembaran bergelombang menyebabkan perbedaan ketebalan pada dinding sel honeycomb . Dari proses pembuatan panel honeycomb telah  yang  dilakukan,  didapatkan  ukuran  ketebalan  dinding  sel honeycomb untuk penggunaan 3 variasi jumlah lapisan fibreglass , yaitu  2 lapis, 4 lapis dan 6 lapis. Perbedaam ketebalan masing-masing sel honeycomb terlihat pada Gambar 5a, 5b, dan 5c.
5.a. 2 lapis fiberglas 5.b. 4 lapis fiberglas 5.c. 6 lapis fiberglas
Gambar 5. Ketebalan dinding sel heksagonal
Perbedaan ketebalan dinding sel honeycomb , terutama pada bagian sambungan lembaran bergelombang berdampak kepada perbedaan lebar setiap panel honeycomb , sementara panjang dan tebal panel tidak berbeda. Adapun variasi lebar panel struktur honeycomb terlihat pada Gambar 6a, 6b, dan 6c.
6.a. 2 lapis fibreglass 6.b. 4 lapis fibreglass 6.c. 6 lapis fibreglass
Gambar 6.   Variasi lebar panel honeycomb hasil pembuatan
Dalam pembuatan panel honeycomb sandwich , dilakukan beberapa penimbangan, yaitu penimbangan bahan serat yang dipakai dan berat panel yang telah jadi. Penimbangan ini dilakukan untuk menemukan rasio  berat fibreglass terhadap  berat  resin.  Berat  panel honeycomb sandwich juga  diperlukan  untuk menghitung  massa  jenis  panel.  Data  tentang  berat  serat  ( fibreglass ),  berat  resin  dan  berat  total  dari masing-masing  panel  terlihat  pada  Tabel  1.  Pada  Tabel  1  juga  ditampilkan  persentase  berat  serat ( fibreglass ) dan berat  resin. Massa jenis panel honeycomb sandwich dihitung berdasarkan  berat dan dimensi panel seperti yang terlihat pada Tabel 2
Tabel 1. Berat serat ( fibreglass ), berat resin, berat total , serta persentase berat serat fibreglass dan resin spesimen panel honeycomb Sandwich . No Variasi Lapisan Berat serat Berat Resin Berat Total (gram) (gr) (%) (gr) (%) 1 2 lapis 410 65 250 35 630 2 4 lapis 630 77 215 23 815 3 6 lapis 890 82 220 18 1080 Tabel 2. Perhitungan masssa jenis panel honeycomb No Variasi Lapisan Berat total panel (gram) Dimensi panel (Panjang x Lebar x Tebal) (mm) Volume panel (m 3 ) Massa jenis panel  = m/v (kg/m 3 ) P (mm)  L (mm)  T (mm) 1 2 lapis 630 500 180 34 0.0031 205.8 2 4 lapis 815 500 190 34 0.0032 252.3 3 6 lapis 1080 500 200 34 0.0034 317.6
Berdasarkan dimensi yang didapatkan dari specimen panel honeycomb yang telah jadi, dapat dihitung Inersia penampang untuk masing-masing panel struktur honeycomb . Inersia penampang ini dihitung di bagian yang paling lemah, atau di bagian yang memiliki luas paling kecil, yaitu di bagian tengah panel pada arah memanjang. Di titik ini juga nantinya akan dikenakan beban pada saat pengujian bending.

## 2.4. Standar Pengujian Panel Honeycomb Sandwich
Pengujian  panel honeycomb sandwich dilakukan  untuk  mengetahui  karakteristik  mekanik  dari  panel tersebut. Karakteristik mekanik yang ingin diketahui dari panel honeycomb sandwich adalah kekuatan lentur ( flexural strength ) dan kekakuan ( stiffness ). Standar yang digunakan dalam pengujian honeycomb sandwich adalah  ASTM  C393-00 Standard  Test  Method  for  Flexural  Properties  of  Sandwich Constructions . (ASTM 393-00, 2000) [5].
Gambar 7.   Pembebanan satu titik (ASTM C393-00, 2000) Gambar 8.   Pengujian Panel Honeycomb Sandwich menggunakan mesin Gotech Testing Machine
Dengan  memperhatikan standar pengujian ASTM C393-00,   maka dirancang instalasi uji lentur  atau bending  dengan  pembebanan  di  satu  titik,  sebagaimana  yang  terlihat  pada  Gambar  7.  Adapun  jarak antara  tumpuan  (L 1 )  adalah  420mm  dan  beban  tepat  berada  di  tengah-tengah  jarak  tumpuan  (L 1 /2). Pengujian lentur ini dilakukan dengan menggunakan mesin Gotech Testing Machine, Model GT-7001- LS10 dengan kapasitas 100kN,  seperti yang terlihat pada Gambar 8.

## 3. HASIL DAN PEMBAHSAN

## 3.1. Karakteristik fisik
Pengukuran dan pengujian yang dilakukan telah  memberikan data tentang  beberapa karakteristik fisik dari  panel honeycomb sandwich ,  yaitu  komposisi  (perbandingan)  berat  antara  serat  ( fibreglass )  dan matriks ( resin), serta massa jenis dari panel honeycomb sandwich tersebut. Karakteristik fisik dari panel honeycomb sandwich terilhat pada Tabel 3.
L 1 /2 L 1 /2 P 1 L 1
Karakteristik Fisik dan Mekanik Panel Honeycomb Sandwich Komposit Fiberglass dengan dimensi cell-pitch 40mm
Tabel 3. Karakteristik fisik panel honeycomb sandwich No Variasi Lapisan Perbandingan Serat dan Resin Berat panel (gram) Massa jenis (kg/m 3 ) Serat Resin Berat (gram) % berat Berat (gram) % berat 1 2 410 65% 220 35% 630 205.8 2 4 630 77% 185 23% 815 252.3 3 6 890 82% 190 18% 1080 317.6
Tabel  3  memperlihatkan  adanya  penurunan  persentase  penggunaan  matriks  (resin)  terhadap penambahan jumlah lapisan serat. Hal ini menunjukkan adanya pemanfaatan resin yang lebih efisien pada jumlah lapisan serat yang lebih banyak.
Penambahan lapisan fibreglass pada dinding sel honeycomb berdampak kepada penambahan ketebalan dinding sel honeycomb , seperti yang terlihat pada Gambar 5.1, 5.b dan 5.c.  Selanjutnya, penambahan ketebalan  dinding  sel  juga  akan  berdampak  kepada  kenaikan  berat  panel honeycomb sandwich dan penambahan  lebar  panel honeycomb sandwich (Gambar  6.a,  6.b  dan  6.c).  Penambahan  lebar  panel tentunya berdampak kepada volume panel, sebagaimana terlihat pada Tabel 2.
Kenaikan  berat  panel  sebagai  fungsi  dari  penambahan  ketebalan  dinding honeycomb lebih  besar dibandingkan  kenaikan  volume  panel  sehingga  massa  jenis  panel honeycomb juga  ikut  meningkat walaupun tidak sebesar kenaikan berat panel honeycomb . Hal ini terlihat pada Tabel 4.  Jika dilihat dari sisi ini, maka sebaiknya honeycomb dibuat dengan diinding yang lebih tipis untuk mendapatkan bobot yang ringan dan massa jenis yang kecil, tetapi tetap tidak boleh melupakan faktor kekuatan.
Tabel 4. Kenaikan berat dan massa jenis terhadap jumlah lapisan
No Variasi Lapisan Berat panel (gram) Kenaikan berat Volume panel (m 2 ) Kenaikan Volume Massa jenis (kg/m 3 ) Kenaikan massa jenis 1 2 630 1 0.0031 1 205.8 1 2 4 815 1,29 0.0032 1.03 252.3 1,23 3 6 1080 1.71 0.0034 1.09 317.6 1,54

## 3.2. Karakteristik Mekanik
Karakteritik mekanik panel honeycomb sandwich didapatkan dari uji bending sesuai ASTM C393-00 Standard Test Method for Flexural Properties of Sandwich Constructions . Data yang didapatkan dari pengujian ini adalah beban maksimum yang dapat ditahan oleh panel honeycomb sandwich serta defleksi maksimum yang terjadi pada saat beban maksimum terjadi.  Hasil uji bending terlihat  pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil pengujian specimen No Variasi Lapisan Beban maksimum (kg) Defleksi maksimum (δ) (mm) 1 2 lapis 137.3 11 2 4 lapis 213.37 14 3 6 lapis 386.71 18

## Kekuatan Lentur Panel
Data  yang  diperoleh  dari  uji  bending  yang  berupa  beban  lentur  maksimum  serta  hasil  perhitungan momen inersia penampang panel, diolah untuk mendapatkan kekuatan lentur maksimum dari masing- masing panel dengan persamaan (1) sebagai berikut [6]:
𝜎 = 𝑀 ×𝐶 𝐼 𝑥𝑥 ......................................................................................................................... ..................    (1)
Dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh kekuatan lentur maksimum (  max ) dari masing-masing panel seperti  yang  terlihat  pada  tabel  6.  Peningkatan  kekuatan  lentur  sebagai  efek  dari  jumlah  lapisan fibreglass pada  dinding  sel honeycomb diperlihatkan  pada  grafik  kekuatan  lentur  maksimum  pada gambar 9.

## Tabel 6. Perhitungan kekuatan lentur maksimum
No Lapisan fibreglass Beban Maksimum (kg) Lengan Momen (mm) C (mm) Penampang Inersia I xx (mm 4 ) σ max (kg/mm 2 ) 1 2 137,30 210 17 218.310 1,123 2 4 213,37 210 17 239.813 2,269 3 6 386,71 210 17 261.317 3,774
Gambar 9. Grafik Kekuatan lentur terhadap Variasi lapisan fibreglass
Uji bending yang dilakukan pada panel boneycomb sandwich dengan variasi tebal dinding sel dengan 2,  4  dan  6  lapisan fibreglass menunjukkan  peningkatan  kekuatan  yang  cenderung  mengikuti  fungsi linier. Hal ini sejalan dengan persamaan inersia penampang  dari bentuk persegi yang berbanding lurus dengan tebal penampang persegi.

## Kekakuan panel
Kekakuan  panel  dihitung  berdasarkan  gaya  maksimum  yang  dapat  ditahan  oleh  panel honeycomb sandwich dan defleksi yang terjadi pada panel tersebut, dengan persamaan (2) sebagai berikut [6]  :
𝐾 = 𝑃 𝛿 = 6𝐸𝐼 𝑎 2 (3𝐿−𝑎)
........................................................................................................    (2)
Dari  perhitungan  yang  dilakukan  diperoleh  kekakuan  panel  seperti  yang  terlihat  pada  Tabel  7 Peningkatan  kekakuan  panel  sebagai  efek  dari  jumlah  lapisan fibreglass diperlihatkan  pada  grafik kekakuan pada Gambar 10.
1.123 2.269 3.774 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 K e ku at an L e n tu r (kg /m m 2 ) variasi lapisan fiberglass (lapis)
Kekuatan Lentur Maksimum (σ max )
Tabel 7.  Kekakuan  panel honeycomb sandwich Lapisan fibreglass beban maksimum (kg)   mm)  kekakuan (kg/mm) 2 137,30 11 12,48 4 213,37 14 15,24 6 386,71 18 21,48
Gambar 10. Grafik Kekakuan terhadap Variasi lapisan fibreglass
Penambahan  jumlah  lapisan fibreglass pada  dinding  sel honeycomb memperlihatkan  adanya peningkatan kekakuan panel honeycomb sandwich . Hasil pengujian dan perhtiungan yang dilakukan, menunjukkan bahwa peningkatan kekakuan panel sebagai efek dari penambahan ketebalan dinding sel honeycomb sandwich juga masih cenderung mengikuti fungsi linier.

## 4. KESIMPULAN
Hasil penelitian menunjukkan bahwa massa jenis terkecil honeycomb sandwich didapatkan pada panel dengan ketebalan sel yang paling rendah dengan 2 lapis fibreglass , yang mana didapatkan massa jenis sebesar 205.8 kg/mm 3 .
Kekuatan lentur dan kekakuan terbesar ditemukan pada panel dengan ketebalan dinding sel terbesar, yaitu ketebalan dinding sel dengan 6 lapis fibreglass . Pada ketebalan dinding tersebut kekuatan lentur yang dicapai adalah 3,774 kg/mm 2 sedangkan kekakuan yang dicapai adalah 21,48 kg/mm.
Pengujian yang telah dilakukan terhadap 3 macam panel honeycomb sandwich juga menunjukkan bahwa penambahan penggunaan lapisan fibreglass pada dinding sel honeycomb akan meningkatkan kakuatan lentur dan kekakuan panel pada fungsi linier.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Purnomo, Sigit J., Pratama, Bangkit H., Hakim, Lukman N., Nurofik, Pambudi Setya, 2107, Uji Eksperimental  Kinerja  Mobil  Listrik,  Prosiding  SNATIF  Ke  -4  Tahun  2017,  Fakultas  Teknik Universitas Muria Kudus, ISBN: 978-602-1180-50-1,  pp.679-686
[2] Ali Sadikin, 2013, Perancangan Rangka Chasis Mobil  Listrik Untuk 4 Penumpang Menggunakan Software 3D Siemens NX8, [skripsi], Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang
12.48 15.24 21.48 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 K eka ku an ( kg/ mm ) variasi lapisan fiberglass (lapis) Kekakuan
[3] Piyush Ram Shahade, Akshay Kumar Kaware, 2014, Structural Performance Analysis of Formula SAE  Car,    International Journal  of  Pure and  Applied Research in  Engineering  and  Technology, IJPRET, 2014; Volume 2 (9): pp307-320.
[4] K.Kantha Rao1, K. Jayathirtha Rao, A.G.Sarwade, M.Sarath Chandra, 2012, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622 www.ijera.com Vol. 2, Issue 3, May-Jun 2012, pp. 365-374
[5] Anonim,  2000  ASTM  C393-00  -  Standard  Test  Method  for  Flexural  Properties  of Sandwich Constructions.
[6] Mott, Robert L., 2002  “Applied Strength of Materials” 4 th Edition, Prentice-Hall, New jersey